Anthony R. BORNEMAN, Angus H. FORGAN, Paul J. CHAMBERS and Isak S. PRETORIUS
The Australian Wine Research Institute, PO Box 197, Glen Osmond (Adelaide), SA 5064 Austrália
Os cientistas do AWRI (Australian Wine Research Institute) foram os primeiros, em estreia mundial, a sequenciar o genoma da levedura do vinho, caracterizando assim os “fundamentos da vida” deste amigo do enólogo.
Este trabalho abre a porta para o desenvolvimento de novas estirpes de leveduras que podem aportar soluções inovadoras para resolver o problema das paragens de fermentação e multiplicar as opções dos enólogos para influenciar de forma criativa a transformação do mosto em vinhos com grau alcoólico e perfil aromático desejáveis.
Todos os quatro anos, os Jogos Olímpicos com as suas performances espectaculares e proezas de resistência, de rapidez e graça inspiram o mundo. Admiramos a performance atlética dos competidores; a maioria de nós pode apenas admirar como os campeões atingem este nível incrível de resultados. O que distingue profundamente estes caçadores de recordes de nós – outros? Não somos originários da mesma espécie e não deveríamos ter todos o mesmo potencial? Não deveríamos também ganhar medalhas de ouro na natação ou no atletismo, aplicando o mesmo treino, regime ou estilo de vida, etc.?
A resposta é não. Os atletas de elite nasceram com um potencial completamente gravado a “ouro”. Possuem uma tipologia muscular, um físico, uma fisiologia e um talento que, com um treino adaptado permite obter o sucesso internacional. Infelizmente, a maior parte de nós necessita de algo mais, do que um pouco de treino para chegar a este nível elitista e antes que a biomics venha a corrigir os nossos “erros de nascença”, a maioria dos seres humanos, quando se trata de atletismo deverá contentar-se em conservar o estatuto de amador ou nem isso.
As diferenças de performance dos indivíduos de uma mesma espécie não são específicas dos seres humanos; de facto observamo-las por toda a parte na natureza. Tomemos, como exemplo, a humilde levedura de vinho que os enólogos utilizam para transformar o simples mosto de uva açucarado em vinhos complexos pelos quais poderemos morrer... de prazer. A maioria das leveduras enológicas são da mesma espécie, Saccharomyces cerevisiae, mas nem todos os membros deste grupo são capazes de produzir vinho e entre os que podem, existem variações consideráveis de eficácia no seu trabalho de transformação e na qualidade dos vinhos que estas produzem.
Isto faz-nos colocar a seguinte questão: O que é que faz funcionar as nossas leveduras? O que é que existe no interior destes atletas de elite, que lhes permite de se multiplicarem num ambiente inospitaleiro e produzirem vinhos “medalhados” com ouro enquanto outras estirpes S. cerevisiae não passam de “starting blocks”? A investigação do AWRI começa a desvendar o mistério das variações no interior da espécie de S. cerevisiae e os primeiros resultados sobre as leveduras do vinho são apaixonantes.
A variação de performance entre as estirpes de S. cerevisiae é hereditária, o que significa que esta está geneticamente determinada. O ponto de partida para caracterizar esta variação deve por conseguinte focar-se na genética da estirpe. Felizmente, S. cerevisiae foi o primeiro organismo utilizado para a descodificação da sequência genética (o genoma) e há já dez anos que este trabalho tem vindo a ser feito com a estirpe, conhecida como
Esquema 1. Dois seres humanos não têm o mesmo potencial genético. Um atleta de elite, por exemplo, nasce com um genoma gravado “medalha de ouro” no seu conjunto.
(Esquema 1a). Similarmente, nem todas as leveduras de vinho são idênticas; leveduras enológicas diferentes têm planos de construção genética diferentes (Esquema 1b). Isto explica porque é que determinadas estirpes de leveduras são mais robustas do que outras e que diferentes estirpes de leveduras aportam qualidades sensoriais diferentes ao vinho.
Compreender, o que no genoma da levedura de vinho determina a sua robustez e a sua capacidade para produzir aromas desejáveis ou indesejáveis permitirá desenvolver estirpes que darão assistência aos enólogos na produção de vinho para um mercado cada vez mais difícil e em constante mudança.
Os cientistas adoram esta levedura, porque é muito fácil de utilizar, mas não ganhará nenhuma medalha nos jogos olímpicos da vinificação! Com efeito, provavelmente não atingirá sequer o estatuto amador. No entanto, se pretender descobrir o que torna as estirpes de leveduras de vinho tão diferentes das outras estirpes da espécie S. cerevisiae, deverá ter um ponto de comparação e a S288c é um bom ponto de partida.
O genoma de uma outra estirpe de S. cerevisiae, YJM789, foi recentemente sequenciado. O genoma desta levedura, um micróbio patogénico oportunista isolado dos pulmões de um paciente portador do vírus da SIDA, revelou ser completamente diferente da estirpe S288c. Obtivemos por conseguinte, duas diferentes versões de S. cerevisiae que podemos comparar com as leveduras de vinho e estes foram os resultados obtidos.
Descobrimos que a diferença entre a nossa levedura de vinificação é ligeiramente maior que a diferença existente entre duas estirpes previamente sequenciadas (esquema 2).
A
A
A
A
A
A
A
B
A
Esquema 2. A sequência do genoma de três estirpes de Saccharomyces cerevisiae revelou o quão elas são similares entre elas. Os números indicados nos círculos que separam as setas que separam as diferentes estirpes representam o nome de letras no genoma que são diferentes entre as estirpes. As 60.399 diferenças entre uma levedura de vinho e uma levedura de laboratório são equivalentes a 0,6% do genoma total.
Alguns destes genes específicos da levedura de vinho codificam as proteínas que estão provavelmente associadas à parede celular, um dispositivo da levedura
que é seguramente
importante para a
sobrevivência num ambiente inospitaleiro. Nós temos curiosidade em descobrir se estes genes agem na robustez da levedura do vinho, um factor crucial para terminar as fermentações. Por exemplo, será que estes genes tornam as estirpes mais ou menos vulneráveis ao ponto de bloquear ou abrandar a fermentação?
Identificámos também os genes que codificam provavelmente as proteínas ligadas à absorção de ácidos aminados (um transportador neutro de ácidos aminados) e ao metabolismo (um aspartato transaminase). Como o metabolismo dos ácidos aminados está associado ao desenvolvimento aromático do vinho, é tentador sugerir que estes genes têm um impacto nas características sensoriais do vinho, mas naturalmente isto terá de ser testado.
Para um grande número de genes, não podemos ainda, neste momento, adivinhar a(s) função(ões) e isto poderá ser o mais apaixonante de tudo, o tempo e a experimentação irão ditar os resultados.
Encontramos também alguns reajustamentos interessantes e importantes no genoma que envelhece a nossa curiosidade, mas não sabemos qual é o seu papel.
O que é que nos reservará o futuro agora que temos esta fonte de riqueza de informações sobre uma levedura de vinho? Verificámos tanto quanto possível, quais são os únicos dispositivos do genoma das leveduras de vinho que são importantes no contexto da produção de vinho.
De qualquer maneira, projectamos igualmente tratar os dados recolhidos neste projecto em sequenciar e comparar genomas de diversas outras estirpes de leveduras do vinho que são conhecidas por terem diferentes propriedades enológicas.
O que nos permitirá estabelecer o que é comum a todas as leveduras de vinho (ou seja: o que constitui as condições de base do funcionamento de uma levedura de vinho) e quais as diferenças entre elas que induzem a produção de vinhos de qualidades diferentes (por exemplo) as suas diferentes propensões a fornecer sabores e aromas a frutos).
Uma vez que nós já compreendemos como funcionam as leveduras do vinho e o significado das variações genéticas entre as leveduras do vinho, teremos melhores ferramentas para desenvolver estirpes de leveduras que podem percorrer a maratona da fermentação sem parar ou abrandar a marcha e ao mesmo tempo produzir vinhos medalhados com ouro e tudo o que deverá ser possível, sem necessidade de adicionar adjuvantes de fermentação performantes.
Assim, como nos Jogos Olímpicos do Instituto Australiano do Desporto, o sector vitivinícola aspira ganhar as suas medalhas de ouro. Apoiado por uma investigação científica sã e robusta, o caminho dos produtores de vinho australianos deverá ser revestido com ouro.
Descodificar o código: Genes e Genomas
Os genes são receitas para produzir proteínas. Por exemplo, as vossas células são portadoras de um gene/uma receita para fabricar a proteína insulina, que é uma hormona que regula a taxa de açúcar no sangue. Têm também genes/receitas que ensinam às vossas células como produzir as proteínas que controlam o vosso crescimento, a cor dos vossos olhos, a forma geral do vosso corpo, etc... São estas receitas da vida que ditam se vocês terão ou não potencial desportivo e porque herdaram as características dos vossos pais acabam por se parecer com eles.
Se os genes são as receitas, o genoma é um livro de receitas. O genoma humano comporta todas as receitas necessárias para fabricar as proteínas que permitem a construção de um corpo humano desde a sua concepção até à idade adulta, que reparam e defendem o corpo ao longo da vida. Toda a nossa fisiologia e anatomia são elaboradas por uma colecção de 20.000 – 25.000 genes que formam o genoma humano. Assim sendo, a não ser que se tenha um irmão gémeo, o nosso livro de receitas difere ligeiramente para cada um de nós.
A linguagem dos genes é diferente da linguagem que utilizamos para comunicar entre nós. Baseia-se num alfabeto de apenas quatro letras e o Baseia-seu dicionário é limitado a palavras de três letras, o que significa que tem apenas 64 palavras no dicionário genético. Por conseguinte, são mais do que suficientes para unir todos os pacotes de instruções para construir todas as proteínas (enzimas, hormonas, músculos, anticorpos, cartilagem, etc...) dos quais precisamos para viver.
O “pergaminho” sobre o qual estas palavras que compõem as receitas da vida são escritas é o ADN.
Quando lemos um livro completo de receitas de um organismo descodificamos o que está registado no seu ADN, a esta acção chamamos sequenciação do ADN.
A finalidade deste processo é encontrar uma língua sequenciada de milhões de A, de T, de G e de C, sem espaços ou sinais de pontuação evidentes, que devemos decifrar. Felizmente, programas sofisticados ajudam-nos a realizar a maior parte destes trabalhos.
Artigo em fase de publicação na Revue des Oenologues
Agradecimentos
O Instituto Investigação e Pesquisa Australiano, (AWRI), um membro do pólo de inovação do vinho de Adelaide, é apoiado pelos produtores de uvas e de vinhos australianos através do seu fundo de investimento, a Sociedade para o desenvolvimento e Pesquisa do Vinho e da Uva, que usufrui dos fundos do governo australiano.
A pesquisa em biologia dos sistema efectuada pelo AWRI é conduzida utilizando os recursos fornecidos em parte pelo Agrupamento Estratégico para a Colaboração Estratégica Nacional das Infraestruturas de Pesquisas, uma iniciativa do governo australiano, com os fundos do governo Australiano do Sul.
membro de “Bioplatforms” Austrália, onde a sequência do genoma da levedura do vinho foi efectuada. Agradecemos também a Sharon Mascall e Rae Blair pela ajuda editorial e a Jeff Eglinton pela preparação das ilustrações. Os resultados deste estudo serão apresentados de forma detalhada na publicação “FEMS Yeast Research.”
Bibliografia
Borneman, A.R, Forgan, A., Chambers, P.J. & Pretorius, I.S. 2008. Comparative genome analysis of a Borneman, A.R, Forgan, A., Chambers, P.J. & Pretorius, I.S. (2008) Comparative genome analysis of a Saccharomyces cerevisiae wine strain. FEMS Yeast Research 8:1185-1195.
Borneman, A.R., Forgan, A.H., Chambers, P.J. & Pretorius, I.S. (2008) Unravelling the genetic blueprint of wine yeast. Australian and New Zealand Wine Industry Journal 23:21-23.
Borneman, A.R., A.H. Forgan, P.J. Chambers & I.S. Pretorius. 2008. Cracking the genetic code of wine yeast. Wine Business Monthly October issue, pp. 41-43.
Borneman, A.R., Chambers, P.J. & Pretorius, I.S. 2007. Yeast Systems Biology: modelling the winemaker’s art. Trends in Biotechnology 25:349-355.
Goffeau A, Barrell BG, Bussey H, Davis RW, Dujon B, Feldmann H, Galibert F, Hoheisel JD, Jacq C, Johnston M, Louis EJ, Mewes HW, Murakami Y, Philippsen P, Tettelin H & Oliver SG (1996) Life with 6000 genes. Science 274: 546, 563-567.
Figura 2. A sequência do genoma de três estirpes de Saccharomyces cerevisiae revelou a forma como os genes são similares entre si. Os números nos círculos em cima das setas separam as diferentes estirpes, representando o número de letras num genoma que são diferentes entre as estirpes. As 60.399 diferenças entre uma levedura de vinho e uma levedura de laboratório equivalem a 0,6% do genoma total.
